Desarrollo de nuevos compuestos ternarios usados como cátodos en baterías de Li-S

ANA LAURA PAEZ JEREZ; ALVARO TESIO; FLEXER, VICTORIA

La Plata

Workshop; 1er Workshop de Polímeros y Nanomateriales para la Industria Energética; 2022

Y-TEC

El desarrollo de energías limpias es imprescindible para satisfacer una demanda energética que crece día a día. El reemplazo de fuentes de energías finitas y limitadas, como ser las provenientes de los combustibles fósiles y energía nuclear, por energías renovables y limpias, como ser solar y eólica, es un gran paso que la sociedad debe considerar hacer. Dado que estas dos fuentes de energía no producen un suministro constante y que en general se requieren algunas horas de autonomía, existen otras alternativas como ser los sistemas de almacenamiento de energía, entre los cuales se encuentran las baterías. Desde que llegaron al mercado, en la década de 1990, las baterías recargables de ion-litio han satisfecho nuestras demandas de energía y se han instalado como parte de nuestro estilo de vida. Sin embargo, estas baterías están a punto de alcanzar su límite termodinámico teórico y por esta razón, es necesario desarrollar baterías más seguras, duraderas y con mayores valores de capacidad y energía.1 En este contexto, juegan un rol fundamental las llamadas baterías de nueva generación, siendo una de ellas las baterías de litio-azufre (Li-S).2 A pesar que estas baterías son muy prometedoras, con alta capacidad y gran densidad de energía teóricas (1675 mAh/g y 2600 Wh/kg, respectivamente) y a pesar de los grandes esfuerzos realizados por la comunidad científica e industrial, aún existen diversos problemas que impiden su utilización masiva. Uno de los inconvenientes más estudiados es el diseño del cátodo.3 Por esta razón, la presente investigación se basa en la búsqueda y desarrollo de materiales huéspedes y/o soportes para el azufre, proponiéndose su combinación con una matriz polimérica y óxidos metálicos. De esta manera, los conocidos cátodos de poliacrilonitrilo sulfurados, comúnmente denotados como cátodos de SPAN fueron combinados con óxidos metálicos, TiO2 y derivados, sintetizados por el método sol-gel. La introducción de una matriz polimérica y un óxido metálico, usado tanto como un componente del cátodo y como un material para crear una intercapa, imparten ciertas propiedades que benefician el rendimiento electroquímico final de la batería. A través de resultados preliminares, se pudo observar que esta combinación logra altas capacidades, incluso mayores a la teórica para SPAN, eficiencias coulombicas cercanas al 100 %, ciclados prolongados y a altas densidades de corrientes (3.3 y 5 C).4,5 El poliacrilonitrilo aporta una matriz adecuada, donde enlaces covalente con el azufre son formados y el óxido metálico actúa como un catalizador, además de aportar una capacidad extra. Esto lleva a pensar en su potencial aplicación práctica como dispositivo para producción y almacenamiento de energía.